记忆式电阻 颠覆PC架构的革命？

你有没有想过，NAND闪存其实毛病多多？要不然你买SSD的时候怎么会特别关注闪存的读写寿命呢。不少人一直在寻找NAND的替代品，现在这种东西已经出现了。但这东西野心不小，不但有实力取代NAND闪存，而且有望带来一场颠覆现有PC架构的革命。这东西叫做记忆式电阻。

一个伟大的数学模型

目前的存储芯片类型主要分为RAM和NAND闪存。它们的特征很明显：RAM速度超快就是记性不好，掉电就丢失数据，因此适合用于内存及高速缓存；NAND正好相反，掉电也能保持数据但速度慢了许多，因此广泛用于存储类的产品里。

实际上NAND的毛病不少，位翻转(bit-flipping)、坏块(bad blocks)、单元损耗等问题一直如瘟疫般存在。不过通过ECC校验、主控固件优化等辅助手段，这些缺点所带来的影响已经很小。虽然速度慢一点，但是有“记性好”这层优势，价格也在不断下降。在没有其他可靠方案的前提下，NAND是当前存储产品的不二选择，在闪存市场处于绝对统治地位。但NAND在容量提升方面也开始逐渐遇到瓶颈，所以人们也在研究各种能替代NAND闪存的技术。这其中，记忆式电阻(Memristor，以下简称忆阻)是有希望的明日之星。

从理论上讲，忆阻并非新鲜事物。早在1971年，加州大学伯克利分校的Leon O.Chua(蔡少棠)教授就发表过名为《Memristor——The Missing Circuit Element》的论文，提出了忆阻的理论基础。蔡教授在研究电流、电压、电荷和磁通量的关系时推断，除电容、电感和电阻之外，电子电路还应该存在第四种基本元件——忆阻。忆阻可通过电流的变化控制其阻值的变化。对材料施压电压脉冲后，材料会产生高电阻值；反之，从另一个方向施加电压脉冲则会使材料转变成低电阻值，并且其阻值在断电之后亦能保持。

这个理论完全是基于数学模型(图1)来推断的，蔡教授当时也找不到实际材料来证明。实际上这个理论提出之后就一直被束之高阁。1971年，PC才刚刚诞生，Intel才刚刚推出第一款微处理器4004。忆阻这种东西……那是相当科幻。

图1.忆阻的理论模型。从图上看，除了电阻、电容、电感以外，右下角的忆阻应该也是存在的。

图2.宏观化的忆阻单元模型，构造十分简单。